(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナ部材に設けられた第１ボール溝と、アウタ部材に設けられた第２ボール溝との間に、ボールが転動可能に配設される等速ジョイントの摩耗に対する耐久性を試験する耐久試験方法であって、
前記第１ボール溝又は第２ボール溝の少なくとも一方に前記ボールが押圧されて圧痕が形成されるように、前記インナ部材及び前記アウタ部材の各々に互いに異なるトルクを加えて回転させる第１のステップと、
前記圧痕の稜線近傍に前記ボールが繰り返し押圧されて面圧が付与されるように、前記インナ部材と前記アウタ部材との交差角を変化させる第２のステップと、
を有し、
前記第２のステップの最中に音圧又は振動数の少なくともいずれか一方を検出し、その検出値が予め設定した閾値を超えたときに前記第１ボール溝又は第２ボール溝に許容外の摩耗が生じたと判断することを特徴とする等速ジョイントの耐久試験方法。
【請求項２】
請求項１記載の耐久試験方法において、前記第１のステップでは、前記インナ部材と前記アウタ部材との交差角を、等速ジョイントを搭載する自動車の最大転蛇角度に設定することを特徴とする等速ジョイントの耐久試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーフィールド型等速ジョイントの構成部品の摩耗に対する耐久性を試験する、等速ジョイントの耐久試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン出力を駆動輪に伝達するために、図４及び図５に示すようなバーフィールド型等速ジョイント（以下、単に「等速ジョイント」ともいう）１が用いられている。なお、図４は、等速ジョイント１の要部分解斜視図であり、図５は、等速ジョイント１を軸方向に沿って切断した場合の要部断面図である。この等速ジョイント１は、エンジン（図示せず）の出力側に連結されたドライブシャフト２に外嵌されるインナ部材３と、駆動輪（図示せず）側のハブに連結される出力軸部４を有するアウタ部材５との間に、リテーナ６及びボール７が介装されて構成される。
【０００３】
具体的には、図５に示すように、インナ部材３には、ｎ本（一般的には６本）の第１ボール溝８が設けられ、アウタ部材５には、第１ボール溝８に対応してｎ本の第２ボール溝９が設けられている。そして、これら第１ボール溝８と第２ボール溝９との間のそれぞれに、リテーナ６の貫通孔１０に保持されたボール７が転動可能に挿入される。従って、エンジンの回転駆動力によってドライブシャフト２が回転すると、その回転駆動力は、インナ部材３からボール７を介してアウタ部材５に伝達される。これにより該アウタ部材５、すなわち、出力軸部４が回転することに追従し、前記ハブ及び前記駆動輪が回転する。以上のようにして、エンジンの出力が等速ジョイント１を介して駆動輪に伝達される。
【０００４】
この種の等速ジョイント１は、特許文献１に記載されるような試験を経た上で、自動車に搭載される。
【０００５】
ところで、自動車が走行する最中、運転者がハンドルを操作することによって転蛇を行うことがある。この際、ｎ個のボール７のそれぞれは、リテーナ６の貫通孔１０を介して、第１ボール溝８及び第２ボール溝９に沿って転動する。これにより、図６に示すように、ドライブシャフト２と出力軸部４との交差角θが、前記駆動輪の転舵角に応じた大きさに変動する。
【０００６】
転蛇に際しては、ボール７が第１ボール溝８や第２ボール溝９の壁に対して圧接しながら転動する。このため、転蛇を過度に繰り返すと、ボール溝８、９のいずれかの壁が摩耗する懸念がある。万一摩耗が発生したときには、異音や振動等が発生する原因となる。
【０００７】
従って、等速ジョイント１の摩耗に対する耐久性を試験し、如何なる程度の運転履歴となったときに摩耗に至るのかを把握しておくことが望まれる。しかしながら、軸受の耐久試験方法やそのための装置は特許文献２、３に記載されるように公知であるものの、等速ジョイントの摩耗に対する耐久性を短時間で評価し得るような試験方法や、そのための装置の提案はなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３８２５５２５号公報
【特許文献２】特開平３−１７２７３０号公報
【特許文献３】特開２００７−１９２６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、等速ジョイントに対して、自動車に実装して走行することなく、自動車の実走行時と同等の負荷を加えて、摩耗に対する耐久性を試験することができ、短時間で信頼性に優れた試験結果が得られる等速ジョイントの耐久試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、インナ部材に設けられた第１ボール溝と、アウタ部材に設けられた第２ボール溝との間に、ボールが転動可能に配設される等速ジョイントの摩耗に対する耐久性を試験する耐久試験方法であって、
前記第１ボール溝又は第２ボール溝の少なくとも一方に前記ボールが押圧されて圧痕が形成されるように、前記インナ部材及び前記アウタ部材の各々に互いに異なるトルクを加えて回転させる第１のステップと、
前記圧痕の稜線近傍に前記ボールが繰り返し押圧されて面圧が付与されるように、前記インナ部材と前記アウタ部材との交差角を変化させる第２のステップと、
を有し、
前記第２のステップの最中に音圧又は振動数の少なくともいずれか一方を検出し、その検出値が予め設定した閾値を超えたときに前記第１ボール溝又は第２ボール溝に許容外の摩耗が生じたと判断することを特徴とする。
【００１１】
本発明者らの鋭意検討によれば、自動車に実装された等速ジョイントの摩耗は、ボールがボール溝の壁を押圧することによって生じた窪み（圧痕）を起点として進行する、との知見が得られた。すなわち、上記した転蛇を急激且つ過度に繰り返すと、圧痕が先ず生じる。この状態で転蛇をさらに繰り返すと、ボールが圧痕を乗り上げ、ボール溝の稜線近傍に摺接するようになる。すなわち、稜線近傍に高面圧が付与される。なお、圧痕の稜線近傍とは、ボール溝の内側壁において、圧痕とそうでない部分との境界の近傍である。
【００１２】
このように高面圧が付与されると、圧痕の稜線近傍では、その表層部が鱗状に剥離する、いわゆるフレーキングが生じ易くなる。一般的に、等速ジョイントの構成部品の表層部には硬化層が形成され、摩耗が生じることが抑制されている。しかしながら、フレーキングによって前記硬化層が剥離すると、この硬化層の剥離した箇所から摩耗が容易に進行するようになる。従って、駆動輪の転蛇を繰り返す（ボール溝に対するボールの位置を変化させる）と、上記の摩耗が拡大し、最終的に、異音を発生させる大きさとなる。
【００１３】
そこで、本発明では、先ず、第１のステップにおいて、アウタ部材とインナ部材の各々に互いに異なるトルクを加えて回転させることによって、第１ボール溝又は第２ボール溝の軌道面（壁）に対し、ボールを押圧して圧痕を生じさせる。なお、この際の回転条件（負荷条件）は、実使用において圧痕が生じるまでの負荷条件に相当する。換言すれば、第１のステップにおける条件は、実使用時の負荷をフィードバックして設定される。
【００１４】
そして、第２のステップにおいて、アウタ部材とインナ部材との交差角を変化させる。すなわち、圧痕に陥入したボールのボール溝に対する位置を変化させて、圧痕の稜線近傍に面圧を付与する。
【００１５】
第２のステップの最中にフレーキングが発生し、さらに成長すると、異音発生に伴って音圧が変化したり、振動が生じたりする。そこで、第２のステップでは、回転に伴って発生する音圧又は振動の少なくともいずれか一方を検出し、該検出値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する。すなわち、検出値が前記閾値を超えたときにボール溝に許容外の摩耗が生じたと判断する。
【００１６】
ボール溝に摩耗が生じるに至るまでの負荷から、実使用の際の等速ジョイントの耐久性を評価することができる。
【００１７】
以上のように、本発明によれば、自動車の走行時と同等の負荷を加えて連続的に試験を実施することにより、自動車に実装して走行することなく、等速ジョイントの摩耗に対する耐久性を短時間で行うことができ、しかも、信頼性に優れた評価として得ることができる。
【００１８】
第１のステップでは、インナ部材とアウタ部材との交差角を、等速ジョイントを搭載する自動車の最大転蛇角度に設定することが好ましい。この交差角ではボールの押圧力が最大となり、ボール溝の壁に圧痕が形成され易くなる。すなわち、圧痕が最も形成され易いときの耐久性を評価することができる。
【００１９】
また、本発明は、インナ部材に設けられた第１ボール溝と、アウタ部材に設けられた第２ボール溝との間に、ボールが転動可能に配設される等速ジョイントの摩耗に対する耐久性を試験する耐久試験装置において、
前記インナ部材を回転させる第１の回転駆動源と、
前記アウタ部材を回転させる第２の回転駆動源と、
前記インナ部材の回転を検出する第１のエンコーダと、
前記アウタ部材の回転を検出する第２のエンコーダと、
前記インナ部材と前記アウタ部材との交差角を変化させる傾動手段と、
前記インナ部材及び前記アウタ部材が回転する際に発生する音圧又は振動数の少なくともいずれか一方を測定する検出手段と、
前記検出手段による測定値が、予め設定した閾値を超えたか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２０】
このような構成とすることにより、等速ジョイントのアウタ部材及びインナ部材の各々に互いに異なるトルクを加えて回転させることや、ボール溝のボールの軌道面にボールを押圧して圧痕を生じさせることができるようになる。
【００２１】
また、転舵手段によって、インナ部材とアウタ部材との間の交差角を変化させることができるため、ボール溝に対するボールの位置を変化させることができる。これによって、圧痕の稜線近傍に面圧を付与することができる。
【００２２】
さらに、検出手段によって、インナ部材及びアウタ部材が回転する際に発生する音圧又は振動の少なくともいずれか一方を検出した検出値について、判定部によって、閾値を超えたか否かを判定することにより、異音の発生原因となる許容外の大きさの摩耗が生じたことを検知することができる。
【００２３】
以上から、本発明によれば、等速ジョイントについて、自動車に実装して走行することなく、自動車の走行時と同等の負荷を加えて、摩耗に対する耐久性を試験することができ、短時間で信頼性に優れた試験結果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、自動車に実装した等速ジョイントに生じた摩耗が成長して異音が発生するに至るまでの機構を、耐久試験において再現することができるため、自動車に実装して走行することなく、自動車の走行時と同等の負荷を加えて、摩耗に対する耐久性を試験することができ、短時間で信頼性に優れた試験結果を得ることができる。これにより得られた情報をフィードバックすることにより、耐久性に優れた等速ジョイントを設計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る耐久試験装置の構成を模式的に示す要部概略構成図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、等速ジョイントを構成するインナ部材のボール溝に圧痕を形成してから前記圧痕の稜線近傍を摩耗させるまでの耐久試験装置の動作を示したフロー図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、前記インナ部材のボール溝に圧痕が形成されてから前記圧痕の稜線近傍が摩耗するまでを示したフロー図である。
【図４】バーフィールド型等速ジョイントの要部分解斜視図である。
【図５】図４の等速ジョイントを軸方向に沿って切断した要部断面図である。
【図６】図５に示す状態から、アウタ部材に対してインナ部材を傾斜させた場合の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る等速ジョイントの耐久試験方法につき、それを実施するための耐久試験との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図４〜図６に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２７】
先ず、耐久試験装置につき説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る耐久試験装置２０の要部概略構成図である。この耐久試験装置２０は、等速ジョイント１に対して耐久試験を行うためのものであり、インナ部材３を回転させるためのインバータモータ２２（第１の回転駆動源）と、アウタ部材５を回転させるためのインバータモータ２４（第２の回転駆動源）と、インナ部材３が回転していることを検出するためのロータリエンコーダ２６（第１のエンコーダ）と、アウタ部材５が回転していることを検出するためのロータリエンコーダ２８（第２のエンコーダ）とを備える。
【００２９】
インバータモータ２２は、入力軸３２を介してインナ部材３を回転させるための回転駆動源であり、制御部３０に対して電気的に接続されている。
【００３０】
このインバータモータ２２の回転軸２２ａにはプーリ３１が外嵌され、一方、入力軸３２を支持する第１取り付け治具３４に設けられた回転軸部３６には、プーリ３８が外嵌される。さらに、プーリ３１、３８には、ドライブベルト４０が懸架される。従って、インバータモータ２２が付勢されて回転軸２２ａ及びプーリ３１が回転動作を開始すると、ドライブベルト４０が周回動作し、これに追従してプーリ３８及び回転軸部３６が回転動作する。その結果、第１取り付け治具３４に支持された入力軸３２と、該入力軸３２の先端に外嵌されたインナ部材３が回転する。
【００３１】
回転軸部３６の回転角は、ロータリエンコーダ２６によって検出される。これにより、入力軸３２ないしインナ部材３の回転角を求めることができる。回転軸部３６の回転角と、入力軸３２又はインナ部材３の回転角とが等しいからである。
【００３２】
回転軸部３６には、ダンパ４２が装着される。このダンパ４２によって回転軸部３６の回転振動が吸収されるので、入力軸３２及びインナ部材３に回転振動が伝達されることが防止される。
【００３３】
耐久試験装置２０は、さらに、アウタ部材５を支持するための第２取り付け治具４４を有する。すなわち、アウタ部材５の出力軸部４は、第２取り付け治具４４の挿入孔４６に挿入され、これによりアウタ部材５が第２取り付け治具４４に支持されている。
【００３４】
第２取り付け治具４４及びアウタ部材５は、前記インバータモータ２４の作用下に回転動作する。すなわち、インバータモータ２４の回転軸２４ａにはプーリ４８が外嵌されるとともに、第２取り付け治具４４の一端部に突出形成された回転軸部５０には、プーリ５２が外嵌される。これらプーリ４８、５２には、ドライブベルト５４が懸架される。従って、インバータモータ２４が付勢されてその回転軸２４ａ及びプーリ４８が回転動作を開始すると、ドライブベルト５４が周回動作し、これに追従してプーリ５２及び回転軸部５０が回転動作する。その結果、第２取り付け治具４４に支持されたアウタ部材５が回転する。
【００３５】
回転軸部５０の回転角は、ロータリエンコーダ２８によって検出される。これにより、アウタ部材５の回転角を求めることができる。また、回転軸部５０の回転振動は、該回転軸部５０に装着されたダンパ５６によって吸収される。このため、アウタ部材５に回転振動が伝達されることが防止される。
【００３６】
以上の構成において、インバータモータ２４、ロータリエンコーダ２６、２８もインバータモータ２２と同様に、前記制御部３０に対して電気的に接続されている。ここで、該制御部３０は、インナ部材３、アウタ部材５に付与するトルクを制御するべく、インバータモータ２２、２４の回転数を適宜設定するとともに、インバータモータ２２、２４の回転数に関する情報を、ロータリエンコーダ２６、２８を介して受領するモータ制御部を含む。
【００３７】
制御部３０はまた、該モータ制御部の他、後述する傾動手段を操作するための操作パネルと、回転軸部３６、５０に設けたロータリエンコーダ２６、２８の出力信号に基づいて検出した位相差データを処理することにより、インナ部材３とアウタ部材５の各々に付与されるトルクの差を判別するためのシーケンスコントローラを含んで構成される。
【００３８】
第２取り付け治具４４及びインバータモータ２４は、図示しない可動盤に支持されている。前記可動盤は、例えば、油圧シリンダ等からなる傾動手段（図示せず）の作用下に傾動することや、傾動した状態で停止することが可能である。この傾動によって第２取り付け治具４４及びインバータモータ２４が傾斜状態となることから、入力軸３２と、アウタ部材５の出力軸部４とのなす交差角θを種々変更することができる。図１では、前記可動盤が傾斜した状態を示している。
【００３９】
耐久試験装置２０は、さらに、等速ジョイント１の近傍に配置されるマイクロフォン５８（検出手段）を有する。後述するように、このマイクロフォン５８は、等速ジョイント１に、異音に基づく音圧異常が発生したか否かを検出するためのものである。なお、マイクロフォン５８は判定部６０に接続され、該マイクロフォン５８が収集した音に関する情報は、音圧（電気）信号として判定部６０に送られる。
【００４０】
判定部６０には、等速ジョイント１に異音が発生したときの音圧が予め設定されている。なお、この音圧は、予備試験において得られたものである。
【００４１】
本実施形態に係る耐久試験装置２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、耐久試験装置２０を用いて実施される耐久試験方法との関係で説明する。
【００４２】
先ず、前記傾動手段の作用下に前記可動盤を傾動させ、図２Ａに示す状態とする。傾動角度は、入力軸３２（インナ部材３）とアウタ部材５とがなす交差角θが、自動車の運転時の最大転蛇角度と同等、例えば、約３０°となるようにすればよい。
【００４３】
その後、モータ制御部は、予め設定された入力軸３２の回転数、出力軸の負荷に基づいて、インバータモータ２２、２４を付勢する指令信号を発する。これにより第１ステップが開始される。
【００４４】
その後、この指令信号を受けたインバータモータ２２、２４では、各回転軸２２ａ、２４ａが回転し始める。これに追従してプーリ３１、４８が回転動作を開始すると、ドライブベルト４０、５４が周回動作するとともに、プーリ３８、５２及び回転軸部３６、５０が回転動作する。その結果、第１取り付け治具３４に支持された入力軸３２と、該入力軸３２の先端に外嵌されたインナ部材３が回転する一方、第２取り付け治具４４に支持されたアウタ部材５が回転する。
【００４５】
制御部３０を構成するモータ制御部は、回転軸部３６（入力軸３２）、ひいてはインナ部材３に対してエンジン出力に相当する回転出力を供給するようにインバータモータ２２を制御する。同時に、回転軸部５０（出力軸部４）に対してその回転を抑制するように動作（ブレーキとして機能）させ、出力軸部４及びアウタ部材５に、走行時と同等の負荷を供給するようにインバータモータ２４を制御する。
【００４６】
ロータリエンコーダ２６、２８は、回転軸部３６、５０の回転数に応じた出力信号を制御部３０に送信する。制御部３０のシーケンスコントローラは、この出力信号に基づいて検出した位相差データを処理することにより、インナ部材３とアウタ部材５の各々に付与されるトルクの差が一定に保たれているか否かを判別する。
【００４７】
この第１ステップでは、入力軸３２（インナ部材３）とアウタ部材５とがなす交差角θが、自動車の運転時の最大転蛇角度と同等、例えば、約３０°となるように設定されている。このため、ボール７は、例えば、インナ部材３の第１ボール溝８の壁に対して比較的大きな力で圧接する。この圧接状態が長時間にわたって維持されることにより、図３Ａに示すように、第１ボール溝８の壁に圧痕７０が形成される。
【００４８】
なお、第１ステップにおいて圧痕７０が形成されるまでの負荷条件は、等速ジョイント１を搭載した自動車の実走行において圧痕７０が形成されるまでの負荷条件に相当する。換言すれば、第１ステップは、等速ジョイント１を搭載した自動車の実走行において、圧痕７０が形成されるまでの負荷が短時間で再現されるようになっている。
【００４９】
次に、第２ステップに移行する。すなわち、前記傾動手段の作用下に前記可動盤を傾動させ、図２Ｂに示す傾動姿勢から、図２Ｃに示す傾動姿勢となるような動作を繰り返す。図２Ｂに示す傾動姿勢における入力軸３２（インナ部材３）とアウタ部材５とがなす交差角θは２０°程度となるようにすればよく、図２Ｃに示す傾動姿勢の交差角θは、自動車が直進走行し得るような角度とすればよい。なお、入力軸３２の回転数及びアウタ部材５に付与するトルクは、好ましくは、自動車の運転時に等速ジョイント１に付与される負荷と同等とすればよい。
【００５０】
この傾動姿勢の変化により、ボール７が圧痕７０を乗り上げるように転動し、図３Ｂにハッチングを付して示すように、その稜線近傍の部位７２を押圧するようになる。従って、該部位７２（稜線の近傍）に高面圧が繰り返し付与される。
【００５１】
インナ部材３とアウタ部材５の回転が継続されると、図３Ｃに示すように、高面圧が付与された部位７２が剥離する、フレーキング７４が発生する。この時点では、特段の異音ないし振動は発生しないものの、第２ボール溝９の壁面に形成された硬化層が前記の剥離によって消失するので、摩耗し易い下地が露呈する。
【００５２】
インナ部材３とアウタ部材５の回転がさらに継続されると、図３Ｄに示すように、圧痕７０とフレーキング７４とが連なり、さらに大きくなるように成長する。すなわち、摩耗が進行する。この状態に至ると、等速ジョイント１に異音ないし振動が発生するようになる。
【００５３】
マイクロフォン５８は、以上の第１ステップ及び第２ステップを実施する最中、等速ジョイント１から発生する音を常時収集する。この音は、判定部６０に送られる。判定部６０は、音を音圧信号に換算し、音圧が予め設定された閾値（異音に基づく音圧）を超えるか否かを常時モニタリングする。
【００５４】
従って、図３Ｄに示すように摩耗が進行し、等速ジョイント１から異音が発生すると、この異音が判定部６０に送られる。判定部６０は、この異音に基づく音圧が前記閾値を超えたと判断すると、「許容外の摩耗が発生した」と判定し、そのアラームを発する。
【００５５】
以上のようにして、異音が発生するような許容外の摩耗が生じたか否かを容易に判別することができる。しかも、第１ステップ及び第２ステップでは、自動車の実走行における負荷に準じた負荷を付与するようにしているので、短時間で、しかも、信頼性に優れる評価結果を得ることができる。
【００５６】
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５７】
例えば、音圧を検出することに代替し、振動を検出するようにしてもよい。この場合には、マイクロフォン５８に代替し、振動センサを採用すればよい。勿論、マイクロフォン５８と振動センサを併用することも可能である。
【００５８】
また、圧痕７０を形成しフレーキング７４を発生させる対象は、アウタ部材５の第２ボール溝９の壁であってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１…等速ジョイント                      ３…インナ部材
４…出力軸部                            ５…アウタ部材
７…ボール                              ８…第１ボール溝
９…第２ボール溝                        ２０…耐久試験装置
２２、２４…インバータモータ            ２６、２８…ロータリエンコーダ
３０…制御部                            ３２…入力軸
３４、４４…取り付け治具                ３６、５０…回転軸部
５８…マイクロフォン                    ６０…判定部
７０…圧痕                              ７４…フレーキング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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